科学家正在使用量子粒子窥视黑洞内部 
2019-10-08 12:51:40
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来源:量财经

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黑洞就像一个无情的粉碎机,任何进入黑洞的物质都可能已经 这个宇宙中消失了。但对于微观的量子力学来讲却产生了驳论。因为我们知道,在量子力学的理论中,信息永远不会被破坏。那么进入黑洞的信息能否被找到或者重建呢?一个物理学家团队承认他们已经做到了这一点,他们用到的方法是被称为量子纠缠的一种奇妙现象。

首先讲一下黑洞时如何诞生的,当一个巨大的恒星在到达寿命的尽头之时,它的核心开始坍塌到极小,直到所有的物质都凝聚成非常非常小的点时(奇点),就会产生黑洞。爱因斯坦的理论认为,一个物质质量越大,它扭曲时空的能力就会越强。它就会拥有更强大的引力,一个体积小质量无限大的地方以至于要逃离它的事件视界,物体需要超过光速,超过光速的物体又不存在,所以基本上没有什么可以逃脱黑洞。

这是黑洞信息悖论的示意图。科学家将一个量子比特放入一个黑洞,并询问助手是否可以仅使用离开的霍金辐射来重建量子比特。

黑洞信息悖论是霍金本人提出的。黑洞是时空的一个区域,这个区域内的引力非常强大,以至于任何东西,甚至光都不能从中逃逸出来 “因此黑洞是人类无法用肉眼观察或用光学天文望远镜观测到的”。也就是说无论是分子、院子和基本粒子一旦进入黑洞也会变得无法识别,就类似航空时的一堆行李箱失去了标签,变得无法辨识。也就是说,进入黑洞的物质其信息会被破坏,但量子力学中信息却不能被破坏。这显然违背了宇宙法则,这种矛盾是众所周知的黑洞信息悖论。

1975年,斯蒂芬霍金发现了一些关于黑洞的新现象:它们会发出辐射。具体而言,就是在黑洞视界时, 当一对虚粒子对其中进入黑洞,另一个则会被推倒黑洞视界的外边。

随着越来越多的粒子捕获越来越多的能量,他们都可以逃逸出黑洞之外,在外边看黑洞好像上慢慢蒸发,但蒸发的速度特别慢。这就是霍金辐射。

有人说这是黑洞信息悖论的解决方案:等待黑洞蒸发,并且可以检索信息。但根据本月早些时候发表的一篇论文的作者,更快的解决方案可能在于那些成对的粒子。离开黑洞的那个粒子可能会告诉我们一些落入黑洞粒子的信息。

两个量子位,无论它们是黑洞事件视界上的光子还是形成量子计算机中基本数据单元都可以共享一种特殊的关系,称为纠缠,其中测量一个量子状态立即告诉你另一个的量子态,无论其距离如何。单向量子计算机可以执行这样强大的计算,科学家们可以通过 这种方法获得另一个在黑洞内的粒子信息。

当然,我们目前还不能去黑洞周围进行试验,所以团队使用的是量子计算机,使用纠缠进行计算。然后,他们将三个原子相互缠绕在一起(他们模拟临时“黑洞”)并在( 霍金辐射出的粒子)中投下纠缠。结果?他们成功地测量了黑洞中的原子何时以及在多大程度上变化。

当然,我们不会在短时间内探测黑洞的内容但研究人员认为其他人可以使用这种技术来诊断量子计算机的问题。该研究的共同作者克里斯·门罗说,“在实验室中研究量子干扰可以为量子计算或量子模拟的未来发展提供有用的见解。”


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